功能化納米材料與生物放大策略在電化學適體傳感器中的應用.pdf

1、電化學傳感器技術(shù)是應用最廣泛，技術(shù)最成熟的傳感分析方法，具有檢測成本低，分析速度快，靈敏度高，操作方便，易于實現(xiàn)自動化和實時監(jiān)測等顯著特點。電化學適體傳感器是指以核酸適體作為分子識別元件，根據(jù)適體與目標物配合體結(jié)合前后電化學信號的變化來進行分析檢測的電化學生物傳感器。由于結(jié)合了適體和電化學分析方法兩方面的優(yōu)點，該類型生物傳感器已經(jīng)成為了近年來的一個研究熱點。與此同時，將適體識別元件與各種電化學轉(zhuǎn)化器相結(jié)合構(gòu)建的新一代電化學適體傳感器進一

2、步豐富了傳統(tǒng)的電化學檢測生物分子的方法。為了提高電化學適體傳感器的靈敏度，近年來，對新型功能化納米材料、各種生物放大技術(shù)和新穎催化劑的研究受到了廣泛的關(guān)注。這對于構(gòu)建高效、高靈敏、高選擇性并且可靠、實用的適體傳感器實現(xiàn)對目標分子檢測對于臨床醫(yī)學具有十分重要的意義。本文主要從新型的功能化納米材料的制備，新穎信號放大技術(shù)和催化劑的創(chuàng)新等方面來進行研究，并制備了一系列高靈敏的電化學適體傳感器。本文主要研究如下：
　　1．基于剪切誘發(fā)的雜

3、交鏈式反應電化學檢測凝血酶
　　在目前的工作中，我們通過引入基于剪切的雜交鏈式反應構(gòu)建了一個新型的、免標記的、內(nèi)夾心的電化學傳感器對凝血酶進行檢測。該適體傳感器設(shè)計了一條新穎的單鏈 DN A，該DNA鏈包含了凝血酶適體結(jié)合序列，DNAzyme酶序列和一個信號reporter序列。沒有目標凝血酶的時候，設(shè)計的DNAzyme酶序列能夠通過堿基互補配對的方式與凝血酶適體鏈結(jié)合，然后Cu2+能夠通過剪切位點對這個bindingDN A進行

4、剪切。當有目標凝血酶存在時，凝血酶可以優(yōu)先和凝血酶序列相結(jié)合形成適體-蛋白復合物，從而封閉 DNAzyme酶序列中的切割位點，阻止bindingD NA被基于Cu2+切割的DN Azyme酶剪切。這種基于Cu2+的剪切酶不易失活，并且具有相當高的剪切效率，同時也降低了實驗的成本，減小了操作的復雜性。而留在電極表面的bindingDNA，在兩個輔助DNA鏈A1和 A2的幫助下引發(fā)雜交鏈式反應（HCR）。之后，電子媒介體六氨合釕（[Ru(N

5、H3)6]3+）能嵌入DNA雙鏈產(chǎn)生強的電化學信號定量的檢測凝血酶。HCR的引入不僅可以將電活性物質(zhì)固載在電極表面，與此同時固載量也大幅度的增加，使得電化學信號增大。為了進一步放大電化學信號，多巴胺還原的石墨烯（PD A/GO）作為一個固載基質(zhì)被引入該工作中。與此同時，這一材料的引入也提高了該適體傳感器的靈敏度。基于這樣的一個策略，這個適體傳感器在一個0.0001-50nmol·L-1這樣一個寬的線性范圍呈現(xiàn)出了0.05pmol·L-1

6、這樣一個低的檢測限。除此之外，這個設(shè)計的傳感器呈現(xiàn)了好的特異性，一定的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。這些進一步的說明了該適體傳感器的優(yōu)越的性能。由于以上的這些因素，這個工作中的構(gòu)建方法的提出可能拓展到臨床醫(yī)學的領(lǐng)域。
　　2．3，4，9，10-苝四甲酸/鄰苯二胺納米材料作為新穎的氧化還原探針在基于Fe3O4磁珠作為無酶催化劑的電化學適體傳感器體系的應用
　　在目前的工作中，新穎的氧化還原探針3，4，9，10-苝四甲酸/鄰苯二胺納米材料被成

7、功的合成，并被應用到了一個基于無酶催化Fe3O4磁珠催化放大的電化學適體傳感器當中來檢測凝血酶（TB）。已經(jīng)合成的PTCA/OPD材料具有比表面積大，成膜性和穩(wěn)定性好的特點。重要的是，我們運用理論計算的方式證明了PTCA和OPD之間的π-π堆積和氫鍵的作用的協(xié)同影響有效地增加了電子的離域和共振能量轉(zhuǎn)移，最終促使了PTCA的亂峰變成了一對很好的氧化還原峰，并且可以作為氧化還原探針應用在電化學的領(lǐng)域。總之，目前的工作不僅突出了新穎的，具有電

8、化學活性和導電性的氧化還原探針，而且賦予了Fe3O4磁珠（MB）在人工模擬酶和電化學分析領(lǐng)域新的應用。所設(shè)計的傳感器在0.0001nmol·L-1到30nmol·L-1范圍內(nèi)呈現(xiàn)出了0.05pmol·L-1低的檢測限。有意義的是，PTCA和OPD之間的調(diào)查研究將會成為尋找更多多功能的納米材料設(shè)計新的、有效的電化學傳感器以及相關(guān)的體系提供一個依據(jù)。
　　3.苝四甲酸衍生物多功能化的超分子合成及其在適體傳感器的應用
　　在這個工

9、作中，一系列新穎的多功能化的苝四甲酸衍生物超分子材料由PTCA和胺類物質(zhì)之間的氫鍵作用而合成。這些材料具有大的比表面積，好的成膜性和高的穩(wěn)定性。重要的是，我們發(fā)現(xiàn)了一個有趣的現(xiàn)象：這些形成的超分子消除了PTCA本身的亂的氧化還原峰，并且得到了一對很好的氧化還原峰，這一對氧化還原峰可以作為電荷的產(chǎn)生和電荷的轉(zhuǎn)移的氧化還原載體。另外，我們通過理論與實際的研究對導致這一現(xiàn)象發(fā)生可能的機理進行了討論。為了進一步揭示這些新穎的多功能化的超分子材料

10、的優(yōu)越性，PTCA/TEA作為最好的氧化還原載體的候選材料被應用到了一個“signal-on”的電化學適體傳感器當中來檢測凝血酶（TB）。該傳感器將采用Fe3O4磁珠（MB）作為模擬酶對PTCA/TEA進行催化實現(xiàn)信號的放大。結(jié)果，在0.0001nmol·L-1到50nmol·L-1的濃度范圍內(nèi)獲得了一個較低的檢測限0.05pmol·L-1。并且這個適體傳感器具有好的特異性，一定的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性?？傊琍TCA和胺類物質(zhì)之間的研究將會為